青龍山灌區灌排結合溝渠灌排反向斷面設計方法

單雪峰，李相莉，岳 鵬

(黑龍江農墾勘測設計研究院有限公司，哈爾濱 150090)

1 灌區概述

青龍山灌區位于黑龍江省東北部，黑龍江中游右岸，位于富錦、同江、撫遠、饒河兩市兩縣交界處的三江平原腹地。灌區控制面積66.53×104hm2，設計灌溉面積53.52×104hm2，灌區規模為大(Ⅰ)型提水灌區，水源為黑龍江和地下水。灌區渠系布置采用灌排結合形式，排水溝道兼具灌溉輸水和排水的雙重功能。

2 基本情況

灌排結合溝渠根據灌溉與排水方向的異同，可分為灌排同向與灌排反向兩種情況。青龍山灌區中，排干、支溝、斗溝均采用灌排結合模式，排干均為灌排同向；根據布置要求，個別支溝和部分斗溝為灌排反向。灌排同向溝道的水流條件為明渠均勻流，斷面設計方法為常規設計；灌排反向溝道為逆坡灌溉，水流條件為明渠非均勻流，其斷面設計相對復雜。本文選擇中區前進農場內的灌排結合溝道——洪7-3支溝為例，對灌排反向斷面設計給出具體的設計方法。洪7-3支溝排水面積2.76 km2，5年一遇排水流量0.41 m3/s，排水承泄區為洪七干溝；灌溉面積172.13 hm2，設計灌溉流量0.088 m3/s，灌溉水源也為洪七干溝。現狀斷面參數為：底寬2～5 m，邊坡1∶2.5～1∶1，長1 649 m，平均底坡1/2 000～1/1 000。洪7-3支溝排水順暢無需治理，故只進行灌溉工況斷面設計。

3 設計原則

1) 灌排反向溝道斷面設計采用明渠恒定非均勻流公式計算，并計算臨界水深進行判定輸水長度。

2) 斷面設計時，需滿足排、灌雙重功能的同時，對設計斷面進行經濟方案比選，以工程量最小的確定為最終斷面設計方案。

3) 若灌排結合溝道灌溉分水口(即排水出口)位置處的灌溉水位稍高于排水水位，出現影響排水時間情況，需從運行調度上解決。

4 斷面設計步驟

1) 底坡初定。根據排水標準初算底坡i排。底坡初選時，可根據現狀排水情況，結合實際地形情況，初算可采用底坡范圍。

5) 水面計算。結合水面曲線水深和確定的i排數值，匹配計算設計水面線(水面曲線)，并確定灌排結合斷面各參數。

5 參數計算

5.1 i排的計算

結合地面高程、現狀溝底高程和溝道長度，初算得出：現狀底坡i排現狀=1/111 4。

采用明渠均勻流公式計算，i排在1/2 000～1/1 000范圍內可滿足排水標準。故選取i排1=1/1 000、i排2=1/1 200、i排3=1/1500、i排4=1/1 800共4個不同底坡分別進行試算比選。

首先采用矩形溝道臨界水深計算公式，得出h臨界=0.1 m。

5.3 水面曲線試算

根據i排的不同選取值及溝道現狀斷面參數，采用明渠恒定非均勻流公式，計算出滿足灌溉水位要求水深。詳見表1。

表1 i排1=1/1 000水面曲線及供水長度計算表

i排的不同選取值水面曲線及供水長度詳見表2。

表2 不同底坡試算供水情況統計表

通過計算，i排1臨界水深可灌溉輸水至樁號1+433處，不能滿足設計灌溉要求；i排2、i排3、i排4灌溉輸水至樁號1+649處時，均大于臨界水深0.5 m，可滿足設計灌溉要求。對采用i排2、i排3、i排4共3個不同底坡溝道的工程量和工程占地進行方案比選，詳見表3。

表3 不同i排方案工程投資比較表

從表3可見，i排2工程量和投資最少，工程占地最省，為設計底坡選定方案。

5.4 斷面設計

根據表2成果，采用i排2=1/1 200計算設計溝底高程和水深及相應設計水面曲線，結果詳見表4。

表4 設計溝底高程和水面線結果統計表

經以上設計過程，確定灌排結合溝道——洪7-3支溝斷面設計參數：Q灌溉=0.088 m3/s，B設計=1 m，m設計=1.5，n=0.027 5，i設計=1/1 200，h設計=1.94～0.56 m。

6 結 語

在灌排結合灌溉反向溝渠斷面設計中，底坡的選取較為重要。在設計中，應滿足下級溝渠灌溉水深要求、田間提水泵運行水深要求、田間提水泵抽水效率要求等。同時，對不同底坡方案的溝渠工程量、工程占地等經濟參數進行分析比選，確定最優斷面設計參數后，進行斷面設計。